2025年高二物理人教版寒假衔接讲练 提升练-13 力学实验综合练（学生版）

13力学实验综合练内容早知道☛第一层巩固提升练（3大题型）题型1验证动量守恒定律题型2利用现代方法验证动量守恒定律题型3用单摆测量重力加速度的大小☛第二层能力提升练☛第三层拓展突破练验证动量守恒定律1．（23-24高一下·福建福州·期末）在“验证动量守恒定律”的实验中，先让质量为m1的钢球A从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为m2的空心钢球B放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S由静止滚下，与B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，O点是轨道末端在白纸上的竖直投影点，如图1所示。(1)为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足m1>m2，若满足关系式则可以认为两小球碰撞前后总动量守恒；(2)某同学记录小球三个落点的平均位置时发现M和N偏离了OP方向，如图2所示。下列相关说法正确的是___________。A．造成M和N偏离了OP方向的原因是两小球的碰撞不是对心正碰B．两球在碰撞过程中动量不守恒2．（23-24高二下·浙江台州·期中）如图为“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”实验装置。(1)有关本实验装置或操作要求，下列说法正确的是。（多选）A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道的末端切线必须保持水平C．入射球A和被碰球B的质量必须相等D．入射球A每次必须从斜槽轨道的同一位置由静止释放E．实验中必须测量释放位置到抛出点的高度h和抛出点离地的高度H，才能算出小球碰撞前后的速度(2)若两球碰撞前后的动量守恒，则验证两小球碰撞过程中动量守恒的表达式为（用mA、mB、OM、OP、ON表示）。3．（2024·湖南邵阳·二模）某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2（m1>m2）。将硬币a放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放a，当a停在水平面上某处时，测量a从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币b放置在O处，左侧与O点重合，将a放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量a、b从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。(1)在本实验中，b选用的是（选填“一元”或“一角”）硬币；(2)碰撞后，b在O点时速度的大小可表示为（设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）；(3)若a、b发生弹性碰撞，则。4．（23-24高三下·重庆南岸·开学考试）用图甲实验装置验证动量守恒定律。主要步骤为：①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平；②让质量为的入射球多次从斜槽上S位置静止释放，记录其平均落地点位置；③把质量为的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上S位置静止释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置；④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置M、P、N与O的距离分别为，如图乙，分析数据：（1）入射球直径和被碰球直径应满足关系（选填“>”、“=”或“<”）（2）关于该实验，下列说法正确的有A．斜槽轨道必须是光滑的B．铅垂线的作用是检验斜槽末端是否水平C．实验中必须测量出小球抛出点的离地高度HD．入射球必须从斜槽轨道的同一位置由静止释放（3）若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为A．

B．C．

D．利用现代方法验证动量守恒定律5．（2024·山东菏泽·模拟预测）晓宇同学利用如图所示的装置验证碰撞过程中动量守恒，实验时完成了如下的操作：（1）将挡光片固定在滑块A上，挡光片的宽度为d，用天平测量滑块A与挡光片的总质量为，将两光电门1、2固定在长木板上；（2）将长木板的右端适当调高，轻推滑块，直到滑块A沿长木板匀速下滑，此时滑块经过光电门1、2的挡光时间分别为、，则（填“”“”或“”）；（3）保持（2）中长木板的倾角不变，现将与A相同材料制成的滑块B放在两光电门之间，滑块B的质量为，使滑块A从光电门1的上方以一定的初速度下滑，滑块A经过光电门1的挡光时间为，两滑块碰后粘合在一起，经过光电门2时的挡光时间为，滑块A经过光电门1的速度为，若两滑块碰撞过程中动量守恒，则关系式成立。6．（2024·广东·模拟预测）某同学用如图甲所示的装置“验证动量守恒定律”，气垫导轨上放置着带有遮光条的滑块P、Q。（1）若实验中用螺旋测微器测量其中一个遮光条的宽度如图乙所示，其读数为mm；（2）测得的质量（含遮光条）分别为和，左、右遮光条的宽度分别为和。实验中，用细线将两个滑块连接使轻弹簧压缩且静止，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得它们通过光电门的时间分别为。用题中测得的物理量表示动量守恒应满足的关系式为（用、、、、、表示）。7．（2024·辽宁·一模）某同学利用图（a）所示的装置验证碰撞过程中的动量守恒定律。A、B两滑块均带有弹簧片和宽度相同的遮光片，测得滑块A、B（包含弹簧片和遮光片）的质量分别为和。将两滑块放在气垫导轨上，气垫导轨右侧两支点高度固定，左侧支点高度可调。（1）实验前，该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，结果如图（b）所示，则mm。（2）该同学在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动。此时，应调节左支点使其高度（填“升高”或“降低”）。（3）将气垫导轨调节水平后，给滑块A一向右的初速度，使它与滑块B发生正碰。碰前滑块A通过光电门1的遮光时间为，A、B碰后分别通过光电门1和光电门2，遮光时间分别为和，则该同学所要验证的动量守恒定律的表达式为（用、、、和表示）。8．（24-25高三上·陕西西安·期中）某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒定律。在固定的水平气垫导轨上安装两个光电门，带有遮光片的A、B两滑块放置在气垫导轨上，两遮光片的宽度相等，A放置在光电门1的左侧，B放置在两光电门之间，实验开始，让导轨的气源充上气，给A一个水平方向的初速度，两滑块碰撞前A通过光电门的时间为，碰撞后A、B通过光电门的时间分别为、。(1)若A的质量大于B的质量，则碰撞后A通过光电门1；若A的质量等于B的质量，则等于。（均填“可能”或“不可能”）(2)若碰撞后A、B的运动方向相反，，且A、B发生的是弹性碰撞，则A、B的质量之比为。用单摆测量重力加速度的大小9．（23-24高二下·云南曲靖·期末）实验小组的同学们用图甲所示的装置做“用单摆测定重力加速度”的实验。(1)在这个实验中，应该选用下列哪两组材料构成单摆______（填选项前的字母）。A．长约的细线 B．长约的橡皮绳C．直径约的均匀铁球 D．直径约的塑料球(2)将单摆正确悬挂后进行如下操作，其中正确的是______（填选项前的字母）。A．测出摆线长作为单摆的摆长B．把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度释放，使之在竖直平面内做简谐运动C．用停表测量单摆完成1次全振动所用时间并作为单摆的周期(3)用L表示单摆的摆长，用T表示单摆的周期，则重力加速度（用L、T表示）。10．（23-24高一下·四川成都·期末）某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中(1)该同学用游标卡尺测得单摆小球的直径为cm；同学用秒表记录的时间如图所示，则秒表的示数为s；(2)该同学又想出另一个办法测重力加速度，他测出多组摆线长L与周期T的数据，根据实验数据，作出了的关系图像，如图所示，根据图中数据，重力加速度为m/s2（取，结果保留三位有效数字）(3)如果该同学测得的g值偏大，可能的原因是___________A．测摆线长时摆线拉得过紧B．开始计时时，秒表按下稍晚C．实验中将51次全振动误记为50次D．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了11．（2024·江西吉安·模拟预测）要测当地的重力加速度，实验小组的同学们找来一块外形不规则的小金属块，用长为l的细线悬挂于O点。(1)王同学实验时，让小金属块拉开一个小的角度，由静止释放，用手机的秒表功能测出金属块做简谐运动的周期T。改变摆线的长，多次实验，测得多组l、T，用l作为摆长L，作图像，作出的图像应是图乙中的（选填“A”或“B”）图像，由图像得到当地的重力加速度大小为（用图中所标物理量的值表示）。(2)李同学用同样的装置做实验，测出悬点到金属块最低点的距离作为摆长L，改变摆线的长多次实验，同样测出多组L、T，在图乙坐标系中作出另一个图像，比较两个图像可知，金属块最高点和最低点间的距离为（用图中所标物理量的值表示）。12．（2024·浙江·一模）在“用单摆测量重力加速度”实验中，根据测量数据进行规范描点和作图，得到的图像，如图所示。(1)图线不过原点的原因可能为______A．l为摆线长 B．l为摆长C．l为摆线长与摆球直径之和(2)数据处理时，（选填“能”或“不能”）利用图线的斜率来计算重力加速度。13．（23-24高一下·广西南宁·期末）某同学用如图所示装置验证碰撞中的动量守恒定律。图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。(1)关于本实验，下列说法正确的是（）A．斜槽轨道必须光滑且末端必须水平B．入射小球的质量m1必须大于被碰小球的质量m2且两者半径相等C．同一组实验中，入射小球每次必须从同一位置由静止释放(2)M、P、N为三个落点的平均位置，若实验中测得OM=15.50cm，OP=28.50cm，ON=45.00cm，若碰撞过程动量守恒，则m1与m2之比为；(3)为了减少实验误差，本实验需要找P、M、N各点的平均位置，请你写出找平均位置的方法：。14．（23-24高一下·河北·期末）某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末端水平，右侧端点在水平木板上的投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出a落点的平均位置P与O点的距离，将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b落点的平均位置M、N与O点的距离、。已测得a的质量是b的质量的倍。(1)斜槽是否光滑对实验结果（填“有”或“无”）影响。(2)实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是。(3)若在实验误差范围内满足关系式（用、、和k表示），则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。15．（23-24高一下·吉林·期末）如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。(1)图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，根据图中的数据计算小车A碰撞前的速度大小为；计算两车碰撞后的速度大小为m/s。(2)若小车A的质量为0.4kg，小车B的质量为0.2kg，根据纸带数据，碰撞前两小车的总动量是；碰后两小车的总动量是。（结果均保留四位有效数字）16．（23-24高二下·湖南·期末）某实验小组利用如图甲所示的装置验证碰撞过程中的动量守恒。(1)利用托盘天平测出半径相等的甲、乙两小球的质量分别为、，测得，则应选（填“甲”或“乙”）小球作为入射小球。(2)安装好实验仪器后，将铅垂线在白纸上的投影点记为O点。不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上同一位置由静止释放，重复10次，然后确定10次实验中小球落点的平均位置P。把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽上的同一位置由静止释放，两球发生碰撞，重复实验10次。确定10次实验入射小球和被撞小球落点的平均位置M、N。则确定小球落点的平均位置时需要用的实验器材是。(3)测量出三个落点的平均位置与O点的距离OM、OP、ON分别为、、，若符合关系式（用所测物理量的字母表示），则验证了两小球碰撞前后的总动量守恒。17．（23-24高一下·辽宁沈阳·期末）甲、乙两同学用光电门和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验。(1)实验时，他们先接通气源，然后在导轨上放一个装有遮光条的滑块，如图甲所示。将滑块向左弹出，使滑块向左运动，调节P或Q，直至滑块通过光电门1的时间等于通过光电门2的时间，则说明导轨已水平。导轨调平后，将滑块A、B放置在图乙所示的位置，A、B均静止。给滑块A一瞬时冲量，滑块A经过光电门1后与滑块B发生碰撞且被弹回，再次经过光电门1。光电门1先后记录滑块A上遮光条的挡光时间为、，光电门2记录滑块B向左运动时遮光条的挡光时间为。实验中为确保碰撞后滑块A被反弹，则mA、mB应满足的关系是mAmB（选填“>”“=”或“<”）。(2)甲同学认为，若有关系式成立（用字母mA、mB、、、表示），则两滑块碰撞过程总动量守恒。(3)乙同学认为，若有关系式成立（用字母mA、mB表示），则两滑块碰撞过程为完全弹性碰撞。18．（23-24高一下·辽宁本溪·期末）某同学用光电门和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验。(1)实验时，先接通气源，然后在导轨上放一个装有遮光条的滑块，如图甲所示。将滑块向左弹出，使滑块向左运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间，则应调高（选填“P”或“Q”），直至滑块通过光电门1的时间与通过光电门2的时间相等。(2)将滑块A、B放置在图乙所示的位置，A、B均静止。给滑块A一瞬间冲量，使滑块A运动并与静止的滑块B发生碰撞，碰后两滑块不粘连。与光电门1相连的计时器显示的遮光时间为t1，与光电门2相连的计时器先、后显示两次遮光时间分别为t2和t3。若已知滑块A、B的质量分别为km、m（含遮光条），遮光条宽度均为d（很窄）。滑块A刚开始运动时受到的冲量大小为，滑块A、B碰撞过程中满足表达式，则说明A和B碰撞过程中动量守恒。（用题中已知和测量的物理量表示）。(3)若两滑块发生的是弹性碰撞，则下列等式成立的是。A．B．C．D．19．（23-24高一下·广东江门·期末）用如图甲所示的装置“验证动量守恒定律”。水平放置的气垫导轨上有、两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接，如图甲所示。气垫导轨正常工作后，将绳子烧断，两个滑块向相反方向运动，同时开始频闪拍摄，得到一幅多次曝光的数码照片，如图乙所示。已知频闪的频率为，滑块、的质量分别为、。(1)由图可知，A、B离开弹簧后，应该做运动，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是；(2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为，的动量的大小为；(3)本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是。20．（23-24高一下·四川遂宁·期末）利用图甲所示的装置验证动量守恒定律，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A质量m1＝0.3kg，滑块B的质量m2＝0.1kg，遮光片的宽度d用游标卡尺测量，如图丙所示；打点计时器所用的交流电的频率f＝50Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间tB＝2.86×10-3s，碰撞前后打出的纸带如图乙所示。(1)遮光片的宽度d＝mm。(2)计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为，两滑块相互作用以后系统的总动量为（计算结果保留两位小数）。21．（2024·湖北·模拟预测）小明在实验室做完实验“探究单摆周期与摆长的关系”后意犹未尽，他在家里找到了一块外形不规则的小金属挂件代替摆球做了一个如图所示的单摆，来测量当地的重力加速度。具体操作如下：（1）用刻度尺测量ON间细线的长度l，将挂件拉开一个略小于α=5°的角度。（2）由静止释放小挂件，从挂件摆至最低处开始用手机计时，当挂件第N次（开始计时时记为第1次）通过最低处时，停止计时，显示时间为t，则周期T=。（3）实验时小明测得的g值偏小，可能是因为（单选）A．摆动过程中，小挂件实际上形成了圆锥摆B．挂件不规则C．测出n次全振动时间为t，误作为（）次全振动时间进行计算（4）改变ON间细线的长度先后做两次实验，记录细线的长度及单摆对应的周期分别为l1、T1和l2、T2，则重力加速度为（用l1、T1、l2、T2表示）（5）小明未测量金属挂件的重心位置，这对第（4）问实验结果（填“有”或“无”）影响。（3）[2]根据单摆周期公式22．（2024·浙江温州·一模）(1)在下列实验中，需要用到打点计时器的有______。A．用单摆测量重力加速度的大小B．探究加速度与力、质量的关系C．探究两个互成角度的力的合成规律D．探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(2)某实验小组利用光电门和镂空钢尺来探究钢尺速度随时间的变化规律。在钢尺中间裁出6个形状相同的长方形空隙，空隙间形成了一系列“同尺寸、等间距”的遮光条，相邻两遮光条中心线之间的距离。①用螺旋测微器测量某遮光条上下两边之间的宽度如图1，则遮光条的宽度为。②在光电门上方悬挂钢尺如图2，由静止释放钢尺，光电门记录遮光条挡光时间，结合遮光条宽度可计算出遮光条通过光电门的平均速度v（可视为遮光条到达光电门时的瞬时速度）。如下表所示，求序号3对应的速度大小约为。（计算结果保留3位有效数字）序号123456挡光时间6.674.463.573.092.772.52速度0.751.121.621.811.98③已知钢尺速度为v时，下落距离为h。若以2h为横坐标，为纵坐标，绘制图像，其斜率可能为。A．

B．

C．(3)该实验小组利用镂空钢尺继续探究钢尺的加速度与受力关系。如图3所示，可利用光电门的测量数据求得钢尺的加速度，利用钢尺的重力和力传感器的读数求得钢尺的合外力（不计滑轮的阻力和质量），通过在小车上加配重改变钢尺运动的加速度，多次测量加速度与合外力。实验操作前，（选填“必须”或“不必”）垫高轨道以补偿阻力；（选填“必须”或“不必”）满足钢尺质量远小于小车、传感器和配重的总质量。23．（23-24高二下·江苏常州·期末）某学习小组“利用单摆测定重力加速度”的实验装置如图1所示，请在横线上完成相应内容。(1)若该同学测得的重力加速度值偏大，其原因可能是______。A．单摆的悬点未固定紧，摆动中出现松动，使摆线增长了B．把50次摆动的时间误记为49次摆动的时间C．开始计时，秒表过早按下D．测摆线长时摆线拉得过紧(2)若实验过程中没有游标卡尺，无法测小球的直径d，实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l，测得多组周期T和l的数据，作出T2—l图像，如图2所示。①实验得到的T2—l图像是（选填：“a”、“b”或“c”）；②小球的直径是cm；③实验测得当地重力加速度大小是m/s2；（取三位有效数字）。④为了减小误差，应从最（选填：“高”或“低”）点开始计时。24．（2024·广东江门·模拟预测）在利用单摆实验测量重力加速度时，某同学想改变传统秒表计时的方式，改为使用霍尔元件和单片机进行计时。按图乙方式将霍尔元件置于磁性摆球静止时的正下方，当小球做单摆运动经过最低点时，霍尔传感器产生脉冲信号并发送给单片机，单片机接收信号并计时，并将数据传输给电脑和手机，实时显示测量结果并分析处理和存储数据。(1)实验前，再用刻度尺测出绳长为L，用游标尺上有20个小格的游标卡尺测量摆球的直径，结果如图甲所示，可读出摆球的直径d=cm；(2)电脑将单片机传输的计时数据处理后得到电压的脉冲信号随时间t的变化图线如图丙所示，则该单摆的周期为；(3)最后根据测量得到单摆的摆长和运动周期，计算出重力加速度，其表达式为g=。（用本题中涉及的符号表示）(4)若某次实验找不到磁性小球，只有一个不规则的小磁铁，将小磁铁用细线悬挂起来做成单摆，取不同摆长、……进行n次测量，得周期、……，以测量的绳长L为横坐标，为纵坐标，作出图线，如图丁所示，应为图线（填“a”“b”或“c”）。使用图像法处理数据测重力加速度，不规则小磁铁的重心不确定，这对测量结果是否有影响？（填“是”或“否”）（新情境）25．（23-24高二上·江苏南通·期末）某同学用如图甲所示装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。（1）实验中优先选用的摆球是。A．钢球

B．塑料球

C．橡胶球（2）该同学用毫米刻度尺测得摆线长度为l，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图乙所示，则摆球的直径d=mm，摆长L=（用字母l、d表达）。（3）该同学通过多次实验得出数据画出摆长L和周期T2图像，如图丙，根据图像求出重力加速度g=m/s2（取结果保留三位有效数字）。（4）图丙中P点不在图线上，导致该点偏离图线的原因可能是。A．实验中将40次全振动记为41次B．实验中将39次全振动记为40次C．实验中将摆线长作为摆长D．实验中将摆线长与摆球直径之和作为摆长（5）在实验过程中，为便于调节摆线长度，甲同学将摆线穿过一块软海绵来调节摆线长度，如图丁所示：乙同学将摆线穿过一小段水笔芯来调节摆线长度，如图戊所示。对两位同学这样的实验设计进行评价。（新应用）26．（2024·广西柳州·三模）小晨同学用如图甲所示的实验装置验证动量定理，其步骤如下：A．测出小车质量M，合理调整木板倾角，让小车能沿木板加速下滑。用轻绳通过滑轮将拉力传感器和小车连接，小车连接纸带，并记录传感器的示数F；B．取下轻绳，让小车由静止释放，打出的纸带如图乙所示，将打下的第一点记为计数点0（之后每五个点取一个计数点）。已知打点计时器的打点频率为；C．用刻度尺测量出第4个计数点和第5个计数点之间的距离3、第5个计数点和第6个